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变形观测方法及其数据处理.rar

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    编号:20180915222315118    类型:共享资源    大小:115.27KB    格式:RAR    上传时间:2018-09-15
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    变形 观测 方法 及其 数据处理
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    编号:09009410609南阳师范学院 2013 届毕业生毕业论文(设计)题 目: 变形观测方法及其数据处理 完 成 人: 翟树峰 班 级: 2009-06 学 制: 4 年 专 业: 测绘工程 指导教师: 杨 杰 完成日期: 2013-04-12 目 录摘 要 ................................................(1)引 言 ................................................(1)1 变形观测内容 .........................................(2)1.1 沉降观测 ..................................................(2)1.2 裂缝观测 ..................................................(2)1.3 倾斜观测 ..................................................(3)2 变形观测方法 ........................................(4)2.1 传统变形观测方法 ..........................................(4)2.2 现代变形观测方法 ..........................................(4)3 变形观测数据采集 ....................................(5)3.1 设置永久观测点 ............................................(5)3.2 埋设变形观测点 ............................................(5)3.3 变形测量 ..................................................(5)3.4 观测成果整理分析 ..........................................(5)4 变形观测数据处理 ....................................(6)4.1 变形观测网数据处理 ........................................(6)4.2 变形观测点的数据处理 ......................................(9)4.2.1 回归分析法 ............................................(9)4.2.2 多元线性回归模型 .....................................(10)4.2.3 逐步回归算法 .........................................(11)4.2.4 逐步回归算法算例 .....................................(11)4.3 变形体的周期观测及图表绘制 ...............................(11)5 变形观测实例 ........................................(12)6 结束语 ..............................................(16)参考文献 .............................................(16)Abstract ………………………………………………………… (17)第 1 页 (共 17 页)变形观测方法及其数据处理作 者: 翟树峰指导教师: 杨 杰摘 要:建筑物或构筑物的可靠性和稳定性已引起人们的关注,因此,在建筑物或构筑物的施工过程和运营过程中,需要对其进行必要的变形观测,分析变形原因,采取有效措施,确保建筑物或构筑物安全。本文主要介绍了变形观测的内容和方法,并结合实例说明了观测数据的处理过程。关键词:变形观测; 观测方法; 数据处理引 言任何建筑物在施工阶段或运营阶段中都会受到外界各种自然因素的影响,其形状、大小和位置会随着时间的推移而发生变化。在工程领域中,当变形量在允许范围内时,不会造成危害,而当变形量超出变形体所能承受的允许范围时,则往往会带来严重的灾难,如岩崩、滑坡、溃坝和桥梁垮塌等。1985年6月12日,长江三峡新滩发生大滑坡;2009年7月中旬的一场大雨后,四川成都“校园春天”小区邻近的两栋楼房发生微微倾斜;2012年7月9日,哈尔滨阳明滩大桥引桥发生坍塌,四辆大型货车坠桥。这些灾害的发生,严重地危害了人类的生命和财产的安全,世界各国每年都因此而遭受巨大的损失。由于许多灾害的发生与变形有着极为密切的联系,因此,变形观测研究在国内外受到了广泛的重视。科学、准确、及时地分析和预报工程及工程建筑物的变形情况,对工程建筑物的施工和运营管理极为重要,变形观测工作的意义重点表现在两个方面:首先是实用上的意义,主要是掌握各种建筑物和地质构造的稳定性,为安全性诊断提供必要的信息以便发现问题并采取措施;其次是科学上的意义,包括更好地理解变形的机理,验证有关工程设计的理论和地壳运动的假说,进行反馈设计以及建立有效的变形预报模型。第 2 页 (共 17 页)1 变形观测内容变形观测是对观测对象进行测量以确定其空间位置随时间的变化特征。主要包括沉降观测、裂缝观测、倾斜观测等,除此之外,还有与变形有关的物理量的观测,如应力、应变、温度、气压、渗流、渗压等的观测。变形观测具有以下特点 [1-2]:(1)变形观测属于安全观测,有内部观测和外部观测两方面。(2)观测精度要求高。(3)需要进行重复观测。(4)要求采用严密的数据处理方法。1.1 沉降观测沉降观测是对被观测物体的高程变化所进行的测量。其方法 [3]是按照建筑场地地形、地质条件和对变形观测的精度要求,合理地布设变形控制网网点。现行规范也规定,高层建筑物、高耸构筑物、重要古建筑物及连续生产设施基础、动力设备基础、滑坡观测等均要进行沉降观测。参考点应位于附近变形体之外稳定安全且易于达到的地方,一般要求钻孔深埋,与基岩固定在一起,用以测定建筑物上观测点的位移。另外,在参考点附近应布设保护点,用以检核参考点本身的稳固性。参考点与保护点一般都组成一定的网形,用精密水准测量的方法来施测和检验。目标点布设在变形体上,应具有代表性和一定的密度,不能只布设在变形体的表面,还应布设在内部的不同位置,呈立体式分布,必需与变形体固连在一起,能反映所代表部位的变形。高程变化值的测定通常采用精密水准方法,也可用液体静力水准仪、气泡倾斜仪和电子水准器等进行测量。1.2 裂缝观测裂缝观测是对被观测物体裂缝进行的测量。当建筑物出现裂变时,为能够分析其现状和掌握其发展情况,必须对其进行变形观测,以便根据获取的信息资料分析研究变形产生的原因和它对建筑物安全的影响,及时采取有效的措施加以处理。对裂缝观测时,要在裂第 3 页 (共 17 页)缝处设置观测标志,通过标志的变化来反映出建筑物的裂缝发展状况。标志的形式通常有以下三种 [4]:(1)石膏板标志 用一块厚 10 mm、宽约 50~80 mm 的石膏板(长度根据裂缝大小而定),在裂缝两边固定牢靠,当裂缝继续发展时,石膏板也随之开裂,从而观测裂缝发展的情况。(2)白铁皮标志 取一片 150 mm ×150 mm 的正方形,固定在裂缝的一侧,并使其一边和裂缝的边缘对齐。另一片为 50 mm × 200 mm,固定在裂缝的另一侧,并使其中一部分紧贴相邻的正方形白铁片,当两片白铁片固定好以后,再在表面涂上油漆。如果裂缝继续发展,两白铁片将继续拉,露出正方形白铁片上原来没有油漆的那部分,量取其宽度,即为裂缝宽度。(3)金属棒标志 在裂缝两边凿孔,分别将两根长约 10 cm 、直径 10~12 mm 的钢筋头插入,并使其露出墙外约 2 cm 左右,用水泥砂浆捣实。钢筋头应磨平,并在上面刻画十字线或中心点,便于日后量测距离。水泥砂浆凝固后,量出两个中心点之间的距离,并做好记录。若裂缝宽度加大,金属棒中心点的距离也加大。定期测量金属棒的距离并进行比较,即可掌握裂缝发展情况。1.3 倾斜观测倾斜观测是对建筑物、构筑物中心线或其墙、柱等,在不同高度的点相对于底部基准点的偏离值所进行的测量。观测建筑物主体的倾斜变形,应分别在两个互相垂直的方向上测定建筑物顶部观测点 、 在水平方向上相对于底部观测点 '、 '的偏移值 和MNMNA,再根据建筑物的高度 ,计算建筑物主体的倾斜度 。BH以某建筑物为例,将经纬仪安置在一固定测站上,瞄准建筑物上部一有明显标志的观测点,用盘左盘右分中投点法定出下面的观测点。然后以同样的方法,在与原观测方向垂直的另一方向上,定出上观测点与下观测点。经过一段时间后,在原固定测站上再次安置经纬仪,分别瞄准两上观测点,仍用盘左盘右分中投点法得出两下观测点,若第 4 页 (共 17 页)这两下观测点和原来两下观测点不重合,存在偏移值 和 ,说明建AB筑物发生了倾斜。这时我们可利用矢量叠加的方法求得建筑物的总倾斜量 ,即 = ,进而求得建筑物的倾斜度 = 。2BAH/2 变形观测方法2.1 传统变形观测方法随着科学技术的进步和对变形观测的要求不断提高,变形观测技术也在不断地发展。传统的变形观测方法 [5]主要是采用常规地面测量技术和某些特殊测量手段。常规的大地测量方法是指用常规的大地测量仪器测量方向、角度、边长和高度等量所采用的方法的总称,包括布设成网形来确定一维、二维、三维坐标的网平差法、各种交会法、极坐标法、卫星定位法以及几何水准法、三角高程法等。常规的大地测量仪器主要有光学经纬仪、光学水准仪、电磁波测距仪、电子水准仪、电子经纬仪、电子全站仪以及 GPS 接收机等。常规的大地测量特殊测量手段作为对常规大地测量方法的补充或部分替代,如准直法、铅直法和液体静力水准测量法等。2.2 现代变形观测方法近些年,地面摄影测量在大坝、桥梁、隧道、滑坡及高层建筑变形观测等方面得到了广泛应用。与其他方法相比,摄影测量方法有以下显著特点,可在某些变形观测中应用 [5]:(1)不需要接触被观测的变形体。(2)外业工作量小,观测时间短,可获取快速变形过程,可同时确定变形体上任意点的变形。(3)摄影影像的信息量大,利用率高,可对变形前后的信息做各种后处理,通过底片可以观测到变形体任意时刻的状态。(4)摄影的仪器费用较高,数据处理对软硬件的要求也比较高。GPS全球定位系统的应用给测量技术带来了一场深刻的革命。第 5 页 (共 17 页)GPS 作为一种全新的空间卫星定位技术,从静态定位发展到动态定位,并具有较高的相对定位精度,因此,在许多领域已取代了常规的光学仪器和电子仪器。应用GPS进行建筑物的变形观测,可以实现全天候、实时、连续的高精度自动观测。近年来,我国在利用GPS进行滑坡变形、大坝变形、矿区地面沉陷和地壳形变观测等方面,做了大量的研究工作。GPS变形观测主要有如下优点 [6]:(1)精度较高,在基线长度大于10km时,其相对精度可达到 ,明显优于传统10~7--6大地测量观测技术;(2)观测不受天气条件限制,可以进行全天候观测;(3)观测、记录、计算全自动完成,确保了观测成果的客观性及可靠性,同时大大减小了观测人员的劳动强度;(4)观测点之间不需通视,选点不受地形条件限制;(5)观测点的三维坐标可以同时测定;(6)其建网费用约为常规大地测量技术建网费用的1/6~1/3。3 变形观测数据采集3.1 设置永久观测点在建筑物附近应建立永久性水准点。永久性水准点应能长期保存,不易被破坏及振动,应远离公路、铁路,严禁埋设在松软土内,其埋设深度应在最低地下水位及冻土层以下 0.5 m。3.2 埋设变形观测点 沿建筑物的四周、纵横墙的交接处和伸缩缝两侧布置变形观测点,间距一般为15~30 m。观测点的高度一般设在室外地坪以上500mm 处,当高层建筑设有两层及两层以上地下室时,应在地下室基础底部以上 500 mm处设置变形观测点。3.3 变形测量将水准仪安置在变形观测点上,对建筑物上的各目标点进行周期性的观测。在每进行一次观测后,都要检查记录计算是否正确,精度是否合格,并进行误差分配,然后将观测数据列入观测成果表中,计算相邻两次观测之间的变化量,并注明观测日期和荷重情况。3.4 观测成果整理分析观测成果整理分析主要包括两个方面的内容:第 6 页 (共 17 页)(1)观测资料的整理和整编:这一阶段的主要工作是对现场观测所取得的资料加以整理、编制成图表和说明,使其成为便于使用的成果。其具体内容如下:①校核各项原始记录,检查各次变形观测值的计算是否有误;②对各种变形值按时间逐点填写观测数值表;③绘制各种变形过程线和建筑物变形分布图。(2)观测数据的分析:这一阶段是分析归纳高层建筑物变形过程、变形规律和变形幅度。这一阶段的工作可分为:①成因分析:成因分析是对结构本身(内因)与作用在结构物上的荷载(外因)以及观测本身,加以分析、考虑、确定变形值变化的原因和规律;②统计分析:根据成因分析,对实测数据进行统计分析,从中寻找规律,并导出变形值与引起变形的有关因素之间的函数关系;③变形预报和安全判断:在成因分析和统计分析的基础上,可根据求得的变形值与引起变形因素之间的函数关系,预报未来变形值的范围和判断建筑物的安全程度。4 变形观测数据处理变形观测数据处理一般可分为两种情况:一种是对观测网的周期观测数据的处理;另一种是对观测网上各观测点的某一种特定的形成时间序列的观测数据的处理,如某点的沉降值、某一方向的位移值及其他与变形观测有关的量。4.1 变形观测网数据处理变形体的位移由其上离散的目标点相对于参考点的变化来描述,参考点和目标点之间通过边角或高差观测值连接。通过对参考点的检验,选出较好的稳定点作为观测网的固定基准,从而可以确定观测对象上目标点的变形。下面介绍一种分析参考点稳定性的方法 [5]:平均间隙法加最大间隙法。平面网一般布设为边角网,对每一个周期按全自由网内制约法平差,即将每个参考点都看作等权的非固定点,整个网做平移或绕第 7 页 (共 17 页)网的重心旋转,且不会改变网的角度和边长观测值。假设各周期在相同条件下进行,对于第 周期,由高斯-马尔科夫模型:i(4-PQxAlEiiLi 12020,,1)可得参考点坐标向量的估值及协因数矩阵:(4-lPAxiTiiTii2)(4-QiTix,3)式中, 是法方程矩阵的伪逆。若对两个周期观测值都按上述模ix,型平差,可计算出两个周期坐标向量的差向量 (4-iixd14)及 的协因数阵 (4-dQixixixd ,,1, 25)由 及 构成的二次型 Qd(4-hdT26)
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